毕业论文课题相关文献综述
一、研究背景及意义
苯作为一种石油化工基本原料，其产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯广泛用于有机合成领域，由于苯的闪点低（仅为-11℃），且苯的爆炸下限很低，仅为1.2%（体积分数），具有易燃易爆性，在其生产、储存、运输和使用过程中如果发生泄漏或喷溅，会在空气中形成一定浓度的气-液两相可爆炸体系，在外界能量作用下引发爆炸。分析近几年来我国危化品事故，苯等易燃易爆液体危化品事故频发，例如2018年5月12日上海赛科石油化工的苯储罐闪爆事故，造成6人死亡；2014年3月1日的山西省晋城市晋济高速岩后隧道内甲醇运输车追尾导致的甲醇泄露爆炸事故，造成40人死亡，12人受伤。这些事故都造成了严重的人员伤亡和重大的经济损失。从化工安全的角度来看，充分的了解苯的爆炸特性，加深对苯爆炸规律的认识，对于在苯的生产、储存、运输和使用的过程中防止燃爆事故的发生有着重要的意义。
二、研究现状及发展方向
在研究受限空间内或敞开环境下可燃液体喷雾的燃爆特性的过程中，国内外许多学者开展了一系列的实验和理论研究，可燃液体喷雾燃爆研究涉及喷嘴构造的设计、液雾粒径的测量、液雾喷射的破碎机理以及在不同条件下的液雾爆炸极限的测量和爆炸火焰发展规律的探究，还有对于闪急沸腾雾化机理的研究。
1、可燃液体的雾化、喷嘴的设计和液滴粒径的测量
液体形成云雾的方法大体上分为两大类：静态单分散云雾和动态流体喷雾。静态单分散云雾的形成是通过降低环境温度或可燃液体的饱和蒸气压，在一定空间内形成悬浮于空气中的液核微粒，最终形成一定浓度的可燃云雾。这种方法主要针对静态环境下冷凝气溶胶云雾灾害形成的云雾形成研究。动态流体喷雾的云雾形成方法是将可燃液体通过喷嘴喷射进入空气介质，使可燃液体分散并碎裂成细小液滴，从而形成一定浓度的可燃云雾。这种云雾形成方法和现实中大部分的可燃液体燃爆事故中可燃液体形成云雾的机理相同，故这种云雾形成方法已逐步成为了工业爆炸安全技术领域研究的主流。可燃液体云雾形成通常利用瞬态气动雾化方法，即在喷雾过程中压缩空气作为气动力对气体产生一次脉动作用，但是由于气体动力对液体的作用方向和角度固定，形成的液滴较大，雾化效果不佳，尤其在受限空间内很难短时间内充盈整个爆炸球内部，从而对点火位置的要求比较苛刻。王悦[1]基于多相流理论及液体雾化原理，重新设计了喷雾喷嘴，在原有喷嘴的喷雾室中增加了一个多孔空心小球，利用二次脉动改变瞬态气动雾化的缺点，充分促进液膜的碎裂使其形成细小液滴并形成较大的喷雾张角，实现液体充分雾化并与20L球形空间结构的瞬态匹配。在液雾粒径测量中，由于可燃液体形成喷雾后容易发蒸发和凝聚效应，这使得准确测量液雾粒径十分困难，故对于液雾粒径的测量需要投入更多的研究。为消除干扰，更加精确地测量液雾粒径，建立了可燃液体云雾气相浓度测量方式：云雾气相浓度=云雾总浓度云雾液相浓度云雾壁面损耗剂量浓度，云雾总浓度可由设计喷雾剂量浓度减去喷雾损耗计量浓度得出，云雾壁面损耗浓度可由相同条件下非挥发性的甘油的实验结果代替，云雾液相浓度可由粒径与浓度光学检测系统得出。云雾的沉降效应会导致大粒径沉降更快，云雾何时形成浓度相对均匀的分布对于确定最佳点火时机的确定很重要，故云雾的均匀性测量是开展实验的基础，王悦[1]设立六路等波长光学检测装置测量云雾均匀度并通过实验研究了几种可燃液体云雾均匀性随时间的变化趋势。曾纬[2]用双向激光诱导荧光技术来消除喷雾汽化对平面激光测径技术的影响，开发出双相激光诱导荧光/米氏闪射(LIEF/MIE)同步测试技术，实现气相、液相的分离，降低气相对于粒径测量的干扰，让激光测径技术能运用于云雾测径。
2、可燃液体的喷雾爆炸极限以及爆炸发展规律
爆炸极限是衡量物质易燃易爆性的重要指标，在工业生产中具有十分重要的意义。在现有研究中，有关于气体和粉尘的爆炸极限的研究较多，但对于可燃液体喷射的爆炸极限研究比较有限。有关于粉尘爆炸极限的研究，例如田甜[13]通过优化哈特曼粉尘爆炸实验装置系统，利用该装置测量出了不同初始压力下的最大爆炸压力和最大压力上升速率等粉尘爆炸特性参数。曲志明[11]通过研究发现在强点火作用下甲烷气体在未达到爆炸下限浓度和超过爆炸下限浓度的情况下均能发生爆炸。 雷正[3]用20L爆炸球测量了包括93号汽油、-10号军用柴油、-35号军用柴油、含氧柴油等燃料有约束条件下燃爆特性和无约束条件下燃料抛撒爆炸特性。
3、可燃液体液雾的破碎机理
液体的破碎通常是指将连续流体加压后通过喷射装置将其喷射到充满特定气态介质的一定空间范围中，流体在其内部流动，以及流体和周围介质的相互作用下发生破裂，雾化，最终形成一系列不同大小的液滴的过程。基于射流破碎机理的研究主要分为初期破碎和二次雾化。初期破碎即液柱在摆脱喷管束缚后，在流体内部紊流、表面扰动以及周围介质分裂成为大尺度的带状液体团块和球形液滴。初期破碎涉及气动稳定性、空化和湍流等多种因素。而二次破碎则主要归因于气动稳定性，在应用无量纲分析法后其机理研究相对透彻，目前关于破碎机理的研究主要基于初期破碎，在大量的假设的基础上，利用无量纲分析法研究射流的特性(如喷雾角、贯穿距、粒径等)与无量纲数之间的关联性以总结出经验公式。研究表明[8]，在不同的We数和Oh数时液滴变现出不同的形变和破碎模式。在Oh数较低的条件下，随着We数的增加，一次出现无形变、无振荡形变、振荡形变（We=10）、袋形形变（We=20）、棒形破碎（We=70）、剥离破碎（We=100）和崩裂式破碎（We=20000）等模式。三、总结在现有研究资料中，有关于可燃液体在有限空间内燃爆的研究较少，其数量远不如于气体和粉尘爆炸的相关研究，关于苯的研究数据不足，在有限空间内苯喷雾的燃爆特性的研究具有较大的价值。根据现有多视窗多功能20L液雾爆炸测试装置、高速摄影装置，通过苯喷雾在20L爆炸球内的燃烧爆炸情况来探究苯喷雾的燃爆特性。
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